大跨度建筑的结构类型及造型
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建筑构造作业——大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析大跨度建筑通常是指跨度在30m以上的建筑,我国现行钢结构规范则规定跨度60m以上结构为大跨度结构。
主要用于民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑。
在工业建筑中则主要用于飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房。
大跨度建筑在古代罗马已经出现,如公元120到124年建成的罗马万神庙,成圆形平面,穹顶直径达43.5m,用天然混凝土浇筑而成,是罗马穹顶技术的光辉典范。
罗马万神庙虽然大跨度建筑在古代罗马已经出现,但是大跨度建筑真正得到迅速发展还是在19世纪后半叶以后,特别是第二次世界大战后的最近几十年中。
大跨建筑迅速发展的原因一方面是由于社会发展使建筑功能越来越复杂,需要建造高大的建筑空间来满足群众集会、举办大型的文艺体育表演、举办盛大的各种博览会等;另一方面则是新材料、新结构、新技术的出现,促进了大跨度建筑的进步。
一是需要,二是可能,两者相辅相成,相互促进,缺一不可。
19世纪后半叶以来,钢结构和钢筋混凝土结构在建筑上的广泛应用,使大跨建筑有了很快的发展,特别是近几十年来新品种的钢材和水泥在强度方面有了很大的提高,各种轻质高强材料、新型化学材料、高效能防水材料、高效能绝热材料的出现为建造各种新型的大跨度结构和各种造型新颖的大跨度建筑创造了更有利的物质技术条件。
大跨度建筑常用结构形式;大跨度常用建筑结构根据结构形式,受力构件排列组合不同可分平面平面机构体系和空间结构体系两大类,共有八种。
它们是:平面结构体系有拱、刚架以及桁(héng)架。
空间结构体系有网架、折板(薄壳)、悬索、膜结构以及混合结构。
拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。
由于拱成曲面形状,在外力作用下,拱内的弯矩可以降到最小限度,主要内力变为轴向压力,且应力分布均匀,能充分利用材料的强度,比同样跨度的梁结构断面小,故拱能跨越较大的空间。
但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力,为了保持结构的稳定性,必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。
房屋建筑学大跨度建筑构造大跨度建筑结构型式与建筑造型大跨度建筑结构型式与建筑造型结构是房屋的骨架,是形成建筑内部空间和外部形式的物质基础,结构是在特定的材料和施工技术条件下运用力学原理创造出来的。
某种新的结构一旦产生并在工程实践中反复出现时,便会逐渐形成一种崭新的建筑形式。
可见结构技术是影响建筑的重要因素,在大跨度建筑中尤其如此。
通过上述例子说明,在建筑设计中,选择结构型式不仅是结构工程师的工作,也是建筑师的职责,现代建筑的特点是建筑艺术与建筑技术的高度统一。
建筑师只有对各种结构形式的基本力学特征和适用范围有深入的了解才能自由地进行创作,把结构型式与建筑造型融为一体。
现就大跨度建筑常见的各种结构型式及其建筑造型作介绍。
一、拱结构及其建筑造型拱结构及其建筑造型(一)拱的受力特点、优缺点和适用范围拱是古代大跨度建筑的主要结构型式。
由于拱呈曲面形状,在外力作用下,拱内的变矩值可以降低到最小限度,主要内力变为轴向压力,且应力分布均匀,能充分利用材料的强度,比同样跨度的梁结构断面小,故拱能跨越较大的空间。
但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力,为了保持结构的稳定性,必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。
常见的方式是在拱的两侧作两道厚墙来支承拱,墙厚随拱跨增大而加厚。
很明显,这会使建筑的平面空间组合受到约束。
拱的内力主要是轴向压力,结构材料应选用抗压性能好的材料。
古代建筑的拱主要采用砖石材料,近代建筑中,多采用钢筋混凝土拱,有的采用钢桁架拱,跨度可达百米以上。
拱结构所形成的巨大空间常常用来建筑商场、展览馆、体育馆、散装货仓等建筑。
(二)拱的型式拱结构按组成和支座方式不同分为三铰拱、两铰拱和无铰拱三种。
(三)拱结构的建筑造型拱结构的造型主要取决于矢高大小和平衡拱推力的方式。
拱的矢高对建筑的外部轮廓形象影响最大。
矢高小的拱,外形起伏变化小,呈扁平状,结构占用的空间小,但水平推力和拱身轴力都偏大。
而矢高大的拱,外形起伏变化强烈,产生的水平推力和轴向力都较小,但拱身材料耗费量多,拱下形成的内部空间大,拱曲面坡度很陡,当采用油毡屋面时,容易出现沥青流淌和油毡滑移现象。
第三章大跨度建筑构造1龙江(Loongle)浙江林学院园林学院2009年秋概述大跨度建筑——大百科全书中关于大跨度建筑的定时是:跨度在30米以上的建筑,主要有民用建筑影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港等。
最早的大跨度建筑可以追溯到古罗马的万神庙,公元120~124年建成‘圆形平面,穹顶直径达到43.3米,用天然混凝土浇筑而成。
大跨度建筑常用结构形式☐大跨度常用建筑结构根据结构形式,受力构件排列组合不同可分平面平面机构体系和空间结构体系两大类,共八种。
它们是:☐平面结构体系有拱、刚架以及桁(héng)架。
☐空间结构体系有网架、折板(薄壳)、悬索、膜结构以及混合结构。
☐拱是一种推力结构:在竖向荷载下产生水平推力;☐拱是一种无矩结构:通过合理拱轴可使杆件无弯矩;☐拱可充分利用材料抗压强度,断面小、跨度大。
1 拱及拱券结构特点早期罗马人在建筑中使用的拱券拱券在早期建筑中的应用拱券美国蒙哥马里体育馆用平行拱支承屋面覆盖圆形平面墨西哥马达莱纳体育中心体育宫用四道相交的拱支承屋面覆盖接近正方形的平面两片刚性拱支撑屋面索网两片交叉拱作为索网边缘构件在体育建筑中的拱2 刚架结构刚架结构特征、优缺点和适用范围:☐刚架是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构。
由于梁和柱是刚性节点,在竖向荷载作用下柱对梁有约束作用,因而能减少梁的跨中弯矩;同样,在水平荷载作用下,梁对柱也有约束作用,能减少柱内的弯矩。
☐由于刚架结构受力合理,轻巧美观,能跨越较大的跨度,制作又很方便,因而应用非常广泛。
一般用于体育馆、礼堂、食堂、菜场等大空间的民用建筑,也可用于工业建筑。
刚架结构跨度尺寸☐跨度①实腹式:50~60米②格构式两铰刚架:60~120米③格构式无铰刚架:120~150米④折线弓形刚架:40~50米高15~20米☐断面①实腹式梁高h=(1/12~1/20)L设预应力拉杆h=(1/30~1/40)L②折线弓形刚架梁高、柱宽(1/15~1/25)L钢制刚架结构的玻璃暖房钢制刚架结构的飞机库某室内体育馆的木构刚架及天窗某刚架结构车站桁架结构3☐桁架是由杆件组成的一种格构式结构体系。
常见大跨度的结构形式我国规范:跨度60m以上为大跨度。
类型:多为公建,人流集中,规模大,占地面积大。
例如影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港;工业建筑:飞机装配车间、飞机库等。
1、拱结构;拱是一种推力结构:在竖向荷载下产生水平推力;拱是一种无矩结构:通过合理拱轴可使杆件无弯矩;拱可充分利用材料抗压强度,断面小、跨度大。
是一种古老的方法适合脆性材料、石材、砖材、混凝土等关键是侧推力平衡问题2、钢架结构;1、材料强度高,自身重量轻;2、钢材韧性,塑性好,材质均匀,结构可靠性高;3、钢结构制造安装机械化程度高;4、钢结构密封性能好;5、钢结构耐热不耐火;6、钢结构耐腐蚀性差;7、低碳、节能、绿色环保,可重复利用。
3、桁架结构;受力特点是结构内力只有轴力,而没有弯矩和剪力。
这一受力特性反映了实际结构的主要因素,轴力称桁架的主内力。
4、网架结构;网架结构是高次超静定结构体系。
板型网架分析时,一般假定节点为铰接,将外荷载按静力等效原则作用在节点上,可按空间桁架位移法,即铰接杆系有限元法进行计算。
由多块条形平板组合而成的空间结构,是一种既能承重,又可围护,用料较省,刚度较大的薄壁结构,可用作车间、仓库、车站、商店、学校、住宅、亭廊、体育场看台等工业与民用建筑的屋盖。
此外,折板还可用作外墙、基础及挡土墙。
6、薄壳结构;壳,是一种曲面构件,主要承受各种作用产生的中面内的力。
薄壳结构就是曲面的薄壁结构,按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等,材料大都采用钢筋和混凝土。
由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构。
索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢,以及其他受拉性能良好的线材。
8、张拉膜结构;张拉整体结构是由一组连续的拉杆和连续的或不连续的压杆组合而成的自应力、自支撑的网状杆系结构,其中「不连续的压杆」的含义是压杆的端部互不接触,即一个节点上只连接一个压杆。
9、充气膜结构;充气膜结构是一种新型建筑结构,是轻型空间结构的一个重要分支,具有丰富多彩的造型,建筑特性、结构特性优越,主要分为张拉膜结构、骨架膜结构、充气膜结构、索桁架膜结构等。